12-iOS签名机制

学习路线

  
加密解密 --> 单向散列函数 --> 数字签名 --> 证书 --> iOS签名机制
// 加密解密: 对称密码(DES、3DES、AES)、公钥密码(RSA)
// 单向散列函数: MD4、MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-3

常见英文

encrypt: 加密
decrypt: 解密
plaintext: 明文
ciphertext: 密文

密码类型

对称密码 Symmetric Cryptography
- 对称密码中，加密用的密钥和解密用的密钥是相同的。
- 常见的对称密码算法有
  - DES (Data Encryption Statdard)
    - DES是一种将64bit明文加密成64bit密文的对称密码算法，密钥长度是56bit。
    - 规格上来说，密钥长度是64bit，但每隔7bit会设置一个用于错误检查的bit，因此密钥长度实质上市56bit。
    - 由于DES每次只能加密64bit的数据，遇到比较大的数据，需要对DES加密进行迭代。
    - 目前已经可以在短时间内被破解，所以不建议使用。
  - 3DES
    - 3DES，将DES重复3次所得到的的一种密码算法，也叫做3重DES。
    - 目前还被一些银行等机构使用个，但处理速度不高，安全性逐渐暴露出问题。
  - AES (Advanced Encryption Standard)
    - 取代DES成为新标准的一种对称加密算法。
    - AES的密钥长度有128bit、192bit、256bit三种。
    - 在2000年是选择Rijindael算法作为AES的实现
    - 目前AES已经逐步取代DES、3DES，成为首选的对称密码算法。
    - 一般来说，我们也不应该去使用任何自制的密码算法，而是应该使用AES。
- 密钥配送问题
  - 事先共享密钥
  - 密钥分配中心
  - Diffie-Hellman密码交换
  - 公钥密码
公钥密码 (非对称密码)
- 公钥密码中，加密用的密钥和解密用的密钥是不相同的。
- 公钥密码中，密钥分为加密密钥、解密密钥，他们并不是同一个密钥。
- 公钥密码也被称为非对称密码(Asymmetric Cryptography)
- 在公钥密码中
  - 加密密钥，一般是公开的，因此该密钥称为公钥(public key)
  - 解密密钥，由消息接收者自己保管的，不能公开，因此也称为私钥(private key)
  - 公钥和私钥是一一对应的，是不能单独生成的，一对公钥和密钥统称为密钥对(key pair)
  - 由公钥加密的密文，必须使用与该公钥对应的私钥才能解密
  - 由私钥加密的密文，必须使用与该私钥对应的公钥才能解密
- 解决密钥配送问题
  - 由消失的接收者生成一对公钥、私钥。
  - 将公钥发给消息的发送者。
  - 消息的发送者使用公钥加密消息。
RSA
- 目前使用最广泛的公钥密码算法是RSA。
- RSA的名字，有三位开发者，即Ron Rivest、Adi Shamir、Leanard Adleman的姓氏首字母组成。
- RSA解决配送问题，对称密码解决传送问题。

混合密码系统(Hybrid Cryptosystem)

对称密码的缺点
- 不能很好解决密钥配送问题。
公钥密码的缺点
- 加密解密速度比较慢
混合密码系统，是将对称密码和公钥密码的有事相结合的方法
- 解决了公钥密码速度慢的问题。
- 并通过公钥密码解决了对称密码的密钥配送问题
网络上的密码通信所有的SSL/TLS都运用了混合密码系统
混合密码 – 加密
- 会话密钥（session key）
  - 为本次通信随机生成的临时密钥
  - 作为对称密码的密钥，用于加密消息，提高速度
- 加密步骤（发送消息）
  - 1.首先，消息发送者要拥有消息接收者的公钥
  - 2.生成会话密钥，作为对称密码的密钥，加密消息
  - 3.用消息接收者的公钥，加密会话密钥
  - 4.将前2步生成的加密结果，一并发给消息接收者
- 发送出去的内容包括
  - 用会话密钥加密的消息（加密方法：对称密码）
  - 用公钥加密的会话密钥（加密方法：公钥密码）
混合密码–解密
- 解密步骤(收到消息)
  - 1.消息接收者用自己的私钥解密出会话密钥
  - 1.再用第1步解密出来的会话密钥，解密消息
混合密码–加密解密流程
- Alice – 发消息给 –> Bob
- 发送过程，加密过程
  1.Bob先生成一对公钥、私钥
  2.Bob把公钥共享给Alice
  3.Alice随机生成一个会话密钥（临时密钥）
  4.Alice用会话密钥加密需要发送的消息（使用的是对称密码加密）
  5.Alice用Bob的公钥加密会话密钥（使用的是公钥密码加密，也就是非对称密码加密）
  6.Alice把第4、5步的加密结果，一并发送给Bob
- 接收过程，解密过程
  1.Bob利用自己的私钥解密会话密钥（使用的是公钥密码解密，也就是非对称密码解密）
  2.Bob利用会话密钥解密发送过来的消息（使用的是对称密码解密）

单向散列函数(One-way hash function)

单向散列函数，可以根据根据消息内容计算出散列值
散列值的长度和消息的长度无关，无论消息是1bit、10M、100G，单向散列函数都会计算出固定长度的散列值

单向散列函数的特点
- 根据任意长度的消息，计算出固定长度的散列值
- 计算速度快，能快速计算出散列值
- 消息不同，散列值也不同
- 具备单向性
单向散列函数
- 单向散列函数，又被称为消息摘要函数(message digest function)，哈希函数
- 输出的散列值，也被称为消息摘要(message digest)、指纹(fingerprint)
- 常见的几种单向散列函数
  - MD4、MD5
  - 产生128bit的散列值，MD就是Message Digest的缩写，目前已经不安全
  - Mac终端上默认可以使用md5命令
    1 2 3 $ md5 1.txt 或者 $ md5 -s "123"
  - SHA-1
    - 产生160bit的散列值，目前已经不安全
  - SHA-2
    - SHA-256、SHA-384、SHA-512，散列值长度分别是256bit、384bit、512bit
  - SHA-3
    - 全新标准
如何防止数据被篡改

数字签名

在数字签名技术中，有以下2种行为
- 生成签名
  - 由消息的发送者完成，通过“签名密钥”生成
- 验证签名
  - 由消息的接收者完成，通过“验证密钥”验证
思考
- 如何能保证这个签名是消息发送者自己签的？
- 用消息发送者的私钥进行签名

数字签名和公钥密码

数字签名，其实就是将公钥密码反过来使用

	私钥	公钥
公钥密码	接受者解密时使用	发送者加密时使用
数字签名	签名者生成签名时使用	验证者验证签名时使用
谁持有密钥	个人持有	只要需要，任何人都可以持有

数字签名的过程
数字签名的过程 – 改进
如果有人篡改了文件内容或者签名内容，会是什么结果？
- 签名验证失败，证明内容会篡改
- 数字签名的作用不是为了保证机密性，仅仅是为了能够识别内容有没有被篡改
数字签名的作用
- 确认消息的完整性
- 识别消息是否被篡改
- 防止消息发送人否认
数字签名无法解决的问题
- 用于验证签名的公钥必须属于真正的发送者
- 如果遭遇了中间人攻击，那么公钥将是伪造的、数字签名将失效
- 所以在验证签名之前，首先得先验证公钥的合法性
- 如何验证公钥的合法性？证书

证书(Certificate)

证书，联想的是驾驶证、毕业证、英语四六级证等等，都是由权威机构认证的
密码学中的证书，全称叫公钥证书(Public-key Certificate，PKC，跟驾驶证类似
- 里面有姓名、邮箱等个人信息，以及此人的公钥
- 并由认证机构(Certificate Authority，CA)施加数字签名
CA就是能够认定“公钥确实属于此人”并能够生成数字签名的个人或者组织
- 有国际性组织、政府设立的组织
- 有通过提供认证服务来盈利的企业
- 个人也可以成立认证机构
证书的利用
证书的注册和下载

iOS签名机制

iOS签名机制的作用
- 保证安装到用户手机上的APP都是经过Apple官方允许的
不管是真机调试，还是发布APP，开发者都需要经过一系列复杂的步骤
- 生成CertificateSigningRequest.certSigningRequest文件
- 获得ios_development.cer \ ios_distribution.cer证书文件
- 注册device、添加App ID
- 获得*.mobileprovision文件
对于真机调试，现在的Xcode已经自动帮开发者做了以上操作
iOS签名机制 – 流程图
iOS签名机制 – 生成Mac设备的公私钥
- CertificateSigningRequest.certSigningRequest文件
- 就是Mac设备的公钥
iOS签名机制 – 获得证书
iOS签名机制 – 获得证书
- ios_development.cer、ios_distribution.cer文件
- 利用Apple后台的私钥，对Mac设备的公钥进行签名后的证书文件
iOS签名机制 – 生成mobileprovision
iOS签名机制 – 安全检测
iOS签名机制 - AppStore
- 如果APP是从AppStore下载安装的，你会发现里面是没有mobileprovision文件的
- 它的验证流程会简单很多，大概如下所示